3.2. Columna De Perforación
3.2.1. La Broca Piloto
Es el elemento de corte utilizado para la perforación del hueco piloto y va instalada en la parte inferior de la columna de perforación. La broca piloto está formado por un cuerpo cilíndrico hueco en su interior que en su extremo inferior tiene instalado 3 conos de acero con insertos de carburo de tungsteno y en el extremo superior tiene un pin roscado (rosca api) para conectarse con el bit roller. Los diámetros de brocas pilotos más usadas son 6 ¾", 7 7/8", 9", 11", 12 ¼"y 13¾".
Figura N• 3.5 Broca Piloto
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3.2.2. El Bit Rollers
Es el elemento que asegura que la broca piloto siempre esté centrada durante la perforación del hueco piloto, por esta razón el diámetro del bit roller debe ser igual al diámetro de la broca piloto, el bit roller está formado por un cuerpo cilíndrico hueco en su interior, que lleva instalado en su exterior 3 cortadores cilíndricos. En su extremo inferior termina en un hueco roscado (rosca api) para conectarse con el pin de la broca piloto y en su extremo superior termina en un pin roscado (rosca di-22) para conectarse con el tubo estabilizador.
Figura N' 3.6 Bit Rollers
3.2.3. Los Tubos Estabilizadores
Son los elementos que ayudan a minimizar la desviación durante la perforación del hueco piloto y a soportar los mayores esfuerzos producidos durante el rimado. El diámetro del tubo estabilizador debe ser igual al diámetro de la broca piloto utilizada, el tubo estabilizador está formado por un cuerpo cilíndrico, hueco en su interior, con 6 franjas longitudinales que tienen superficies altamente endurecidas. En su extremo inferior lleva un hueco roscado (rosca di-22) para conectarse con el pin del bit roller y en su extremo superior lleva un pin roscado (rosca di-22) para conectarse con otro estabilizador o con el tubo de perforación.
Dependiendo de la longitud del hueco piloto, se pueden utilizar uno o más tubos estabilizadores.
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Figura N· 3. 7 Tubos Estabilliadores
3.2.4. Los Tubos de Perforación
Son los elementos que permiten a la columna de perforación estar conectado a la máquina Raise Boring. Cada tubo de perforación en su extremo inferior lleva un hueco roscado (rosca di-22) para conectarse con el pin del tubo estabilizador o con los siguientes tubos de perforación y en su extremo superior lleva un pin roscado (rosca di-22) para conectarse con los otros tubos de perforación o la máquina Raise Boring. La cantidad de tubos de perforación depende de la longitud del hueco piloto, el diámetro de los tubos de perforación dependerá del tamaño de broca piloto, siendo los más utilizados 5 ¾" (6 ¾") , 6 ¾" r, 7/8") , 8"
(9"o 9 7/8"), 1 o· (11 "), 11 ¼" (12 ¼") y 12 7 /8" (13 ¾") .
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Figura N· 3.8 Tubos de perforación
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3.3. La Cabeza Rimadora
La cabeza rimadora es el otro elemento de corte que permite durante la operación de rimado, aumentar el diámetro del hueco piloto al diámetro final requerido. por esta razón las cabezas rimadoras se les denomina por su diámetro: 5' (1.52m), 6' (1.83m), 7' (2.13m), 8' (2.44m), 9'(2.74m), 10'(3.0Sm), 12'(3.65m), 14'(4.27m) y 16'(4.88m). La cabeza rimadora está formada por los siguientes elementos:
3.3.1. La Base Metálica
La base metálica es el conjunto de elementos formado por una serie de planchas de acero soldadas y/o empernadas entre sí, que tienen como finalidad soportar una determinada cantidad de cortadores de roca.
3.3.2. Los cortadores de roca
Los cortadores de roca son los elementos que tienen como finalidad cortar la roca y están adecuadamente empernados a unas monturas que a su vez están también empernadas y/o soldadas a la base metálica, por esta razón, los cortadores pueden ser cambiados sin ningún problema luego de un determinado periodo de uso, los cortadores tienen una carcasa metálica con la forma de un cono truncado, que gira sobre un eje y que en su superficie lateral están posicionados varias filas de insertos de carburo de tungsteno, los cuales por su alta dureza y resistencia son los que rompen la roca. Los cortadores más comunes son los que tienen 4 y 5 filas de insertos de carburo de tungsteno y están posicionados de tal forma que van rompiendo la roca de manera alternada.
3.3.3. El Tallo
Es un componente de acero de muy alta resistencia a la tracción y al corte, que soporta los mayores esfuerzos que se producen durante la operación de rimado, el tallo tiene en su parte inferior una base circular de acero que va empernada con la base metálica y en su parte superior termina en un pin roscado que se conecta con el primer tubo estabilizador de la columna de perforación.
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Figura W 3.9 La Cabeza Rimadora
3.4. Raise Boring en la Unidad de Producción San Cristóbal de Bateas 3.4.1. Equipos
La necesidad de ir incorporando técnicas de excavación de chimeneas y piques mineros más seguros y de mayor productividad ha privilegiado, en los últimos años, la utilización de las tecnologías Raise Boring en las diferentes compañías mineras del país.
El método Raise Boring consiste principalmente en la utilización de una máquina electrohidráulica en la cual la rotación se logra a través de un motor eléctrico y el empuje del equipo se realiza a través de bombas hidráulicas que accionan cilindros hidráulicos.
El equipo a utilizar es un Raise Boring marca Robbins modelo RB 43 de propiedad de Master Drilling Contratistas Mineros S.A.C., y a continuación se detalla el proceso de excavación y las características de este equipo.
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Básicamente la operación consiste en perforar, descendiendo, un tiro piloto desde una superficie superior, donde se instala el equipo, hasta un nivel inferior.
Posteriormente se conecta en el nivel inferior el escariador el cual actúa en ascenso, excavando por corte y cizalle, la chimenea, al diámetro deseado.
Dependiendo de las características del equipo el motor eléctrico puede ser de 100 HP a 500 HP, este rango de potencias irá directamente en relación con el diámetro final de escariado y la longitud del pique o chimenea. En este caso la potencia es de 100 HP:
En este método de excavación de chimeneas se necesitará contar con dos superficies de trabajo: Al inicio de la excavación, en la parte superior y al final de la excavación en la parte inferior.
Es decir el método será aplicable para excavaciones en interior de la mina entre dos galerías o desde superficie a una galería ubicada al interior de la mina, como en este caso.
La perforación del piloto es realizada en forma descendente, vertical o inclinada, utilizando como herramienta de corte un tricono de rodamientos sellados.
El avance de la perforación se logra, agregando barras a la columna de perforación, la cual se estabiliza con barras estabilizadoras de piloto.
El detritus producto de la perforación es barrido con agua a presión impulsada por bombas de 37 a 50 t<J/V de potencia, extrayéndolo por el espacio anular que queda entre la pared del pozo y la columna de barras de perforación. Y el caudal mínimo requerido es de 150 galones por minuto (GPM).
Una altura de salida del flujo de agua, con detritus, o "bailing", de 10 a 12 centímetros, medida de la salida del pozo, nos indicará un buen barrido. Bajo ese valor será necesario revisar posibles inconvenientes como:
Pérdidas de agua por el fondo, falta de volumen de agua para barrer o aumento de densidad del material a extraer.
En todos esos casos será necesario agregar aditivos químicos que nos ayuden con la extracción.
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Normalmente junto al equipo será necesario tener una poza de unos 32 m3 para almacenamiento y recirculación del agua utilizada en el barrido del detritus.
En caso de tener un tipo de roca muy deleznable, en que el barrido con agua no sea adecuado, será necesario utilizar aire comprimido a alta presión para esta operación.
Habitualmente se utiliza para perforaciones de unos 250 m. de longitud de aire comprimido a razón de 900 a 1200 CFM con 200 a 300 PSI.
La deflexión o desviación del tiro piloto dependerá de la pericia de operación y de la calidad del macizo rocoso a perforar. La presencia de diques, fallas o discontinuidades en general, tenderá a provocar mayores desviaciones.
Una vez perforado el tiro piloto y después de retirado el trfcono, se procede a conectar el cabezal o escariador provisto con cortadores, en la galería ubicada en el interior de la mina, donde finalizó la perforación piloto.
El escariador avanza en ascenso, excavando la roca por corte y cizalle, al diámetro final de la chimenea.
Normalmente la presión de empuje en la etapa de escariado es de unas 5 veces mayor a la etapa de perforación piloto.
Para retirar el escariador al final de la excavación existen 2 alternativas.
Bajar la columna de barras, desconectar y retirar el escariador por el fondo de la chimenea o pique, a través de la galería inferior. En este caso será necesario dejar un puente de roca, no excavado, en la parte superior de 2 a 3 metros dependiendo del diámetro final de excavación y la calidad geomecánica de la roca excavada.
Excavar la chimenea completa, retirando el escariador por la parte superior de la excavación. Normalmente es posible utilizar esta alternativa cuando el inicio del pique o chimenea está en la superficie. Para realizar esta operación se requiere montar el equipo Raise Boring en vigas metálicas que atraviesen la excavación circular abierta en superficie, sostener el escariador desconectado de la columna mediante una grúa, retiro del equipo, para finalizar con el retiro del escariador.
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En cuanto al equipo Raise Boring podemos mencionar los siguientes componentes principales:
3.4.2. Motor Eléctrico
Tiene como misión dar la rotación a la columna de perforación en las 2 etapas:
perforación piloto y escariado.
En la etapa de perforación piloto la columna rota a una velocidad de 30 RPM y en la etapa de escariado a 8 RPM.
Tiene un sistema eléctrico hidráulico de 100 HP y la energía eléctrica debe ser de 440Volt / 60Hz.
Figura Nº 3.10 Motor eléctrico de 440 V, para la maquina Raise Boring
3.4.3. Conjunto de Reductores
Conjunto de 3 o 4 transmisiones en base a engranajes y piñones planetarios que reducen las velocidades de rotación a los valores señalados anteriormente, según la operación que se esté realizando.
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3.4.4. Sistema de Empuje electrohidráulico.
Es el conjunto de bombas hidráulicas y electroválvulas de alta presión, alrededor de 3000 PSI, que entrega la presión de trabajo a los cilindros hidráulicos para el empuje en las dos etapas de la operación.
La presión necesaria para la operación dependerá de: longitud de la columna suspendida, calidad geomecánica de la roca a excavar, calidad estructural de la roca y diámetro final de la excavación.
En general podemos indicar los siguientes rangos de presión de trabajo:
Perforación Piloto: o a 3 MPa
Escariado: 4 a 20 MPa
El consumo mínimo de agua es de 30 galones por minuto (GPM) para el enfriamiento hidráulico ..
3.4.5. Sistema de Sujeción de la Columna de Barras
Corresponden a componentes mecánicos, tratados térmicamente que tienen como misión sujetar la columna en las 2 etapas de la operación, transmitiendo la energía de empuje y rotación a las herramientas de corte.
Figura N• 3.11 Sistema de Sujeción de barras
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3.4.6. Bases y Cuerpo Principal del Equipo
Componentes fabricados en fierro fundido donde se montan los elementos anteriormente señalados. El conjunto completo es montado en la base de concreto.
Figura N· 3.11 Cll@rpo prlndpal d@I @quipo
3.4.7. Conjunto Eléctrico
Sistema de componentes eléctricos compuestos por transformadores, sistemas de partidas suaves, "soft starter'', !imitador de torque y sistemas de seguridad que
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resguardan la rotura o daño de la columna extendida en situaciones de partidas y detenciones de rotación en cualquiera de las etapas.
3.4.8. Columna de peñoración
Formada básicamente por barras, estabilizadores de piloto y de escariado, cross over, stem bar y barra de partida.
La adecuada combinación de este material, permite una operación eficiente y segura. Habitualmente una barra de 11 1/4" de diámetro y 1,50 mt. De longitud tiene un peso de 420 kg. Una barra similar a la anterior pero de 1 O" de diámetro pesa 260 kg.
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Figura N· 3.12 Columna de perforación con el piloto y con la cabeza rimadora.
La barra utilizada para los proyectos de ejecución del proyecto es de un diámetro de 9 7/8" y 1.20 metros de longitud y tiene un peso de 120 Kgs.
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3.4.9. Escariador o Cabezal.
Estructura metálica, asimétrica, donde van ubicados los cortadores que dan el área de corte final de excavación.
Normalmente construido en aceros especiales, conectada a la barra stem, trabaja por empuje y rotación en forma ascendente, contra el macizo rocoso provocando su ruptura por corte cizalle.
El número y disposición de los cortadores definirá el área final de excavación En la tabla siguiente se indica el número de cortadores según el tamaño de escariadores más comunes
NÚMERO DE CORTADORES SEGÚN DIAMETRO DE ESCARIADOR
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DIAMET--RO FINAL DE NÚMER O DE ESCARIADOR EN CORTADORES ___ -�- _____ M,.:::Ec..:T_,__R'--"O'--"S'-----�-� (UND) _______ j12 6
[�-- 1.5 _____ _ __ ____ 11 ______________ __;
1.8 10
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2.1 __ -- --�--- _1=2--�2.5 14
[ 2.7 --- ---- 14
Tabla N· 3.1 Número de cortadores según el diémetro de la cabeza rimadora Fuente: Catálogos de Equipos Ralse Boring
Las cantidades de cortadores pueden variar según el modelo de escariador se adopte.
El rendimiento en la excavación de chimeneas con equipos Raise Boring es variable y dependerá fundamentalmente de la calidad geomecánica de la roca, la profundidad de la chimenea y por supuesto del diámetro final de excavación.
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Por ejemplo excavaciones donde el yacimiento tiene zonas con alta resistencia a la compresión uniaxial alrededor de 300 a 400 MPa, en la cual el rendimiento de excavación a diámetro final de 1,5m, aplicando altas presiones de empuje, no llegaba a 4m por turno, en turnos de 1 O horas, con penetraciones de 3cm. cada 6 minutos.
En cambio excavaciones a diámetro final de 3,0m. En zonas de calizas, donde la resistencia a la compresión uniaxial de la roca llegaba a 120 MPa, se logran hasta 6m por turno con penetraciones de hasta 6 cm. cada 6 minutos.
Según el estudio geomecánico la resistencia a la compresión simple de la roca en las zonas de los proyectos es de 58.75 - 112.5MPa, lo que nos llevaría a inducir que la velocidad de perforación de piloto y rimado seria alta, pasando fácilmente los 1 o metros por día en el escariado, sin embargo la experiencia en el rimado en esta zona nos arroja un valor mucho más bajo. Por lo que se está asumiendo que el pilotaje se hará a una velocidad de 12 metros por día y el rimado con la escariadora se hará a una velocidad de 8 metros por día, considerando problemas operativos y retrasos que comúnmente se han venido dando en este tipo de trabajo.
3.5. Mano de obra
Master Drilling S.A.C cuenta con una gran experiencia en la ejecución de chimeneas mecanizadas utilizando el método Raise Boring.
En la actualidad y después de 17 aiios de operaciones en el Perú, Chile, Colombia, Ecuador, Brasil, México, Master Drilling S.A.C ha construido alrededor de 15,000. Metros de chimeneas, piques de traspaso y pilotos utilizando el método Raise Boring con diámetros desde 9" hasta 5 m. de diámetro y con profundidades de hasta 500 m.
Mantener los recursos de repuestos originales en stock en el país de operación y a la vez contar con la dirección y asesoría permanente del personal experto en este tipo de operaciones en cada país.
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Para cada chimenea RB Master Drilling contratista Minero considera la siguiente dotación de personal:
Supervisor: 1
Asistente Administrativa: 1
Operadores: 3
Ayudantes: 3
Chofer: 1
Se trabajará en dos turnos de 12 horas e/u, el tercer operador será el de recambio. El mecánico irá cuantas veces lo requiera la operación sin necesidad de permanecer en mina.
Personal técnico de Master Drilling inspeccionará las instalaciones, el terreno en donde se efectuarán los trabajos y todos los demás aspectos, los mismos que deben encontrarse conformes previos a la prestación de servicios.
Los servicios de un topógrafo serán responsabilidad de la mina, para que provean la locación, dirección y ángulo de la máquina. Topografía debe marcar los puntos de trabajo, punto de inicio y punto de llegada de la chimenea o sea el lugar donde se comunicará el hoyo piloto.
Para la realización de trabajos previos a los Raise Boring como los de perforación y voladura en interior mina se cuenta con el personal de la empresa especializada MARTINEZ S.A.C, quien se encargará de la excavación de los cruceros donde comunicarán los pilotos y realizaran los desquinches necesarios.
También realizara la limpieza del desmonte que estos trabajos generarán. Para esto la empresa cuenta con:
Jefe de Guardia: 1
Capataz: 1
Perforistas: 2
Operador de Scoop: 1
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La empresa especializada ETRAMIM S.R.L será la encargada de los trabajos de construcción de lozas donde se instalará el equipo y estará disponible para realizar cualquier trabajo que tenga que ver con la instalación de tuberías.
El personal que dispondrá esta empresa será el siguiente:
Capataz de obras civiles: 1
Maestro: 1
Ayudantes: 4
Compañía Minera Bateas cuenta con el área de servicios mina el cual hará el seguimiento a los trabajos de Raise Boring, el área se encargará de verificar que se cumplan con las condiciones establecidas en el contrato y de dar facilidades al contratista para evitar retrasos en la ejecución de las chimeneas.
Para el traslado e instalación del equipo será necesario un scoop de un mínimo de 4.1 yardas aportado por Cía Minera Bateas S.A.C. El equipo Raise Boring es desconectado y se traslada en forma separada; es decir, el power pack, la máquina en sí, el motor y toda la tubería.
El tiempo estimado para la instalación inicial y desinstalación al moverse de localización es de aproximadamente 3 días, suponiendo que todos los requerimientos de Cía. Minera Bateas S.A.C. sean oportunos
3.6. Infraestructura
Para la ejecución del proyecto y básicamente para permitir la operación de la maquina Raise Boring, se requiere realizar una serie de trabajos en interior mina y en superficie.
En interior mina las dimensiones de las galerías por donde se trasladarán los equipos deberán ser de un mínimo de 2.0m x 2.0m, y en este caso las dimensiones del crucero principal y la rampa son de 3.0 x 3.0 de sección, por lo que no se hará ningún trabajo adicional.
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Las cámaras de trabajo para la máquina RB deberás de ser de 6 m. de ancho x 5 m. de fondo x 5 m. de alto como mínimo, para la estación de Raise Boring para lo cual se realizara des quiches y voladuras en interior mina.
Las ventanas donde comunicarán los pilotos y desde donde se embonará la cabeza rimadora deben ser excavadas a una sección de 3m x 3m y 5 metros de longitud. Esto se realizara antes o durante la perforación del piloto, pero previniendo que los disparos no afecten el piloto o la columna de barras.
En superficie se requiere tener una poza de 4mx4mx2m como reservorio para recircular el agua durante la perforación del piloto. Este trabajo lo realiza el personal de la empresa especializada ETRAMIM S.R.L con ayuda de cargador frontal y es recubierta en su parte interna con geo membrana o algún material impermeable para evitar fugas de agua. En esta poza se instalará una bomba que proporcione 150 GPM para la evacuación de detritus. La bomba es de propiedad de Master Drilling SAC y será alquilada al precio de 115 US$ por día.
El equipo ira montado sobre una loza de concreto, que deberá ser construida en roca sólida por lo que antes de construirse debe removerse el material de relleno para que la adherencia de la loza al piso sea la mejor posible. Esta condición evita que la loza se fisure o se quiebre con las evidentes pérdidas que esto significa.
Las dimensiones de la loza de concreto donde se instalará el equipo será de (3m x 3m x 0.30m) de espesor, la loza debe ser de concreto simple, cemento, piedra y arena, sin aceros y tipo 250 Kg/cm2.
En esta loza se deberán realizar 12 perforaciones verticales para poder anclar el trineo, sobre el cual irá el equipo de perforación. Esto impedirá que haya desplazamiento de la maquina debido al esfuerzo que se produce durante la perforación o rimado sobre todo.
Una caceta simple tipo carpa deberá instalarse junto a la máquina para que el operador no este expuesto a lluvias y proteger a su vez el panel de control. Esta será transportada hasta el lugar por el personal de la empresa especializada Master Drilling SAC.
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